2016届高三生物二轮复习第一部分知识落实篇专题九现代生物科技第1讲基因工程和细胞工程讲解

1第1讲基因工程和细胞工程1.基因工程的诞生(Ⅰ)。2．基因工程的原理及技术(Ⅱ)。3．基因工程的应用(Ⅱ)。4．蛋白质工程(Ⅰ)。5．植物的组织培养(Ⅱ)。6．动物的细胞培养与体细胞克隆(Ⅰ)。7．细胞融合与单克隆抗体(Ⅱ)。1．(2015·新课标卷Ⅱ)已知生物体内有一种蛋白质(P)，该蛋白质是一种转运蛋白，由305个氨基酸组成。如果将P分子中158位的丝氨酸变成亮氨酸，240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸，改变后的蛋白质(P1)不但保留P的功能，而且具有了酶的催化活性。回答下列问题：(1)从上述资料可知，若要改变蛋白质的功能，可以考虑对蛋白质的______________进行改造。(2)以P基因序列为基础，获得P1基因的途径有修饰______________基因或合成______________基因。所获得的基因表达时是遵循中心法则的，中心法则的全部内容包括________________的复制；以及遗传信息在不同分子之间的流动，即：__________________。(3)蛋白质工程也被称为第二代基因工程，其基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过________________和________________，进而确定相对应的脱氧核苷酸序列，据此获得基因，再经表达、纯化获得蛋白质，之后还需要对蛋白质的生物__________________进行鉴定。解析：本题考查蛋白质工程相关知识，难度较小。(1)对蛋白质的氨基酸序列(或结构)进行改造，可达到改变蛋白质的功能的目的。(2)以P基因序列为基础，获得P1基因，可以对P基因进行修饰改造，也可以用人工方法合成P1基因；中心法则的全部内容包括DNA的复制、DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白质(或转录、逆转录、翻译)。(3)蛋白质工程的基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过设计蛋白质结构和推测氨基酸序列，推测相应的核苷酸序列，并获取基因。经表达的蛋白质，要对其进行生物功能鉴定。答案：(1)氨基酸序列(或结构)(2)PP1DNA和RNA(或遗传物质)DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白质(或转录、逆转录、翻译)(3)设计蛋白质的结构推测氨基酸序列功能22．(2015·新课标卷Ⅰ)HIV属于逆转录病毒，是艾滋病的病原体。回答下列问题：(1)用基因工程方法制备HIV的某蛋白(目的蛋白)时，可先提取HIV中的________________，以其作为模板，在________________的作用下合成________________。获取该目的蛋白的基因，构建重组表达载体，随后导入受体细胞。(2)从受体细胞中分离纯化出目的蛋白，该蛋白作为抗原注入机体后，刺激机体产生的可与此蛋白结合的相应分泌蛋白是________________。该分泌蛋白可用于检测受试者血清中的HIV，检测的原理是________________。(3)已知某种菌导致的肺炎在健康人群中罕见，但是在艾滋病患者中却多发。引起这种现象的根本原因是HIV主要感染和破坏了患者的部分________________细胞，降低了患者免疫系统的防卫功能。(4)人的免疫系统有________________癌细胞的功能，艾滋病患者由于免疫功能缺陷，易发生恶性肿瘤。解析：(1)HIV属于逆转录病毒，它的遗传物质是RNA，在逆转录酶的作用下可以逆转录为cDNA，用于构建基因表达载体，从而制备HIV的某蛋白。(2)HIV的某蛋白作为抗原进入机体后，能刺激人体产生针对该抗原的一种特殊的分泌蛋白——抗体；可用该抗体进行抗原—抗体进行杂交来检测血清中是否含有HIV。(3)HIV病毒营寄生生活，寄生在T淋巴细胞内，T细胞参与体液免疫和细胞免疫，因此少了T细胞，特异性免疫几乎全部丧失，降低了机体的免疫功能。(4)人体的免疫系统具有防卫、监控和清除的功能，可及时清除体内产生的癌细胞，艾滋病患者的整个免疫功能缺陷，机体会发生一系列顽固性机会感染和肿瘤的发生。答案：(1)RNA逆转录酶cDNA(或DNA)(2)抗体抗原抗体特异性结合(3)T(或T淋巴)(4)监控和清除3．(2015·安徽卷)科研人员采用转基因体细胞克隆技术获得转基因绵羊，以便通过乳腺生物反应器生产人凝血因子IX医用蛋白，其技术路线如图。(1)由过程①获得的A为____________________。(2)在核移植之前，必须先去掉受体卵母细胞的核，目的是__________________。受体应选用________________期卵母细胞。(3)进行胚胎移植时，代孕母羊对移入子宫的重组胚胎基本上不发生________________，这为重组胚胎在代孕母羊体内的存活提供了可能。(4)采用胎儿成纤维细胞进行转基因体细胞克隆，理论上可获得无限个转基因绵羊，这是因为_________________________________。解析：(1)根据题意可知，要将人凝血因子IX基因导入绵羊胎儿成纤维细胞，必须构建基因表达载体，所以由过程①获得的A为基因表达载体。(2)为保证核遗传物质来自含目的基因的成纤维细胞，在核移植之前，必须先去掉受体卵母细胞的核。受体应选用减数第二次分裂中(MⅡ中)期卵母细胞。(3)进行胚胎移植时，代孕母羊对移入子宫的重组胚胎基本上不发生免疫排斥反应，这为重组胚胎在代孕母羊体内的存活提供了可能。(4)采用胎儿成纤维细胞进行转基因体细胞克隆，理论上可获得无限个转基因绵羊，这是因为整合有目的基因3的成纤维细胞可进行传代培养。答案：(1)含目的基因的表达载体(2)保证核遗传物质来自含目的基因的成纤维细胞MⅡ(3)免疫排斥反应(4)整合有目的基因的成纤维细胞可进行传代培养4．(2015·福建卷)GDNF是一种神经营养因子。对损伤的神经细胞具有营养和保护作用。研究人员构建了含GDNF基因的表达载体(如图1所示)，并导入到大鼠神经干细胞中，用于干细胞基因治疗的研究。请回答：(1)在分离和培养大鼠神经干细胞的过程中，使用胰蛋白酶的目的是______________________。(2)构建含GDNF基因的表达载体时，需选择图1中的______________________限制酶进行酶切。(3)经酶切后的载体和GDNF基因进行连接，连接产物经筛选得到的载体主要有三种：单个载体自连、GDNF基因与载体正向连接、GDNF基因与载体反向连接(如图1所示)。为鉴定这3种连接方式，选择HpaI酶和BamHI酶对筛选的载体进行双酶切，并对酶切后的DNA片段进行电泳分析，结果如图2所示。图中第______________泳道显示所鉴定的载体是正向连接的。(4)将正向连接的表达载体导入神经干细胞后，为了检测GDNF基因是否成功表达，可用相应的______________与提取的蛋白质杂交。当培养的神经干细胞达到一定的密度时，需进行________________培养以得到更多数量的细胞，用于神经干细胞移植治疗实验。4解析：(1)动物细胞培养时，可用胰蛋白酶或胶原蛋白酶作用，使细胞分散开。(2)质粒上有XhoⅠ识别位点，而且在启动子之后，所以选用XhoⅠ限制酶进行酶切。(3)泳道①仅有一种条带，属于载体自连；泳道②有两种条带，且长度分别与质粒和GDNF基因长度相同，为正向连接；泳道③有两种条带，长度与BamHⅠ酶切后结果相同，为反向连接。(4)检测基因是否表达采用抗原抗体杂交法。培养动物细胞采用动物细胞培养法，当细胞密度达到一定程度，需要进行分瓶，进行传代培养。答案：(1)使细胞分散开(2)XhoⅠ(3)②(4)抗体传代填充关键点思考连接处(1)基因工程和细胞工程操作的工具酶有什么不同？提示：前者涉及限制酶和DNA连接酶；后者涉及纤维素酶、果胶酶和胰蛋白酶。(2)转基因植物的培育涉及哪些生物工程？提示：基因工程、植物组织培养(植物细胞工程)。(3)转基因动物的培育涉及哪些生物工程？提示：基因工程、动物细胞工程、胚胎移植。51．阅读如下资料：资料甲科学家将牛生长激素基因导入小鼠受精卵中，得到了体型巨大的“超级小鼠”；科学家采用农杆菌转化法培育出转基因烟草。资料乙T4溶菌酶在温度较高时易失去活性，科学家对编码T4溶菌酶的基因进行改造，使其表达的T4溶菌酶的第3位的异亮氨酸变为半胱氨酸，在该半胱氨酸与第97位的半胱氨酸之间形成了一个二硫键，提高了T4溶菌酶的耐热性。回答下列问题：(1)资料甲属于基因工程的范畴。将基因表达载体导入小鼠的受精卵中常用________法。构建基因表达载体常用的工具酶有__________________和______________。在培育转基因植物时，常用农杆菌转化法，农杆菌的作用是____________________________________________________________________________________。(2)资料乙属于__________工程范畴。该工程是指以分子生物学相关理论为基础，通过基因修饰或基因合成，对__________进行改造，或制造一种____________的技术。在该实例中，引起T4溶菌酶空间结构改变的原因是组成该酶肽链的__________序列发生了改变。解析：动物细胞基因工程中，最常用的导入基因的方法是显微注射法；植物细胞基因工程中，最常用的导入基因的方法是农杆菌转化法。答案：(1)显微注射限制性核酸内切酶DNA连接酶农杆菌可感染植物将目的基因转移到受体细胞中(2)蛋白质现有蛋白质新的蛋白质氨基酸2．甲、乙是染色体数目相同的两种二倍体药用植物，甲含有效成分A，乙含有效成分B。某研究小组拟培育同时含有A和B的新型药用植物。回答下列问题：(1)为了培育该新型药用植物，可取甲和乙的叶片，先用________酶和________酶去除细胞壁，获得具有活力的________，再用化学诱导剂诱导二者融合。形成的融合细胞进一步培养形成______组织，然后经过________形成完整的杂种植株。这种培育技术称为_____________________________________________________________________________________________________________________。(2)上述杂种植株属于多倍体，多倍体是指__________________。假设甲与乙有性杂交的后代是不育的，而上述杂种植株是可育的，造成这种差异的原因是6______________________________________________________________________________________________。(3)这种杂种植株可通过制作人工种子的方法来大量繁殖。经植物组织培养得到的________________________等材料用人工薄膜包装后可得到人工种子。解析：(1)该新型药用植物是通过植物体细胞杂交技术获得的。要获得有活力的原生质体才能进行体细胞杂交，因此首先用纤维素酶和果胶酶去掉植物的细胞壁，然后用PEG化学诱导剂(物理方法：离心、振动等)诱导二者的原生质体融合。再采用植物组织培养技术获得杂种植株，植物组织培养的主要过程是：先脱分化形成愈伤组织，然后再分化形成植物体，利用了植物细胞的全能性。(2)如果植物甲、乙是两个物种，二者不能通过有性杂交产生可育后代，原因是甲、乙有性杂交所产生的后代在减数分裂过程中同源染色体联会异常，也就是存在着生殖隔离。但植物甲、乙通过植物体细胞杂交技术产生的后代却是可育的，因为在减数分裂过程中同源染色体能完成正常的联会，产生正常的配子。由于甲、乙都是二倍体，因此，植物体细胞杂交得到的后代是异源多倍体(四倍体)。(3)人工种子生产不受气候、季节和地域等因素限制，而且可以避免后代发生性状分离等优点，因此，植物细胞工程重要的应用之一是制备人工种子，用到的核心技术是植物组织培养技术。将植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽、腋芽等材料用人工薄膜包装后可得到人工种子。答案：(1)纤维素果胶原生